Giáo trình truyền động điện tự động

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

MỤC LỤC

Chương 1: Khái niệm chung về hệ thống truyền động điện

§1.1. Khái niệm chung. (tr1)

§1.2. Cấu trúc và phân loại hệ thống truyền động điện. (tr2)

§1.3. Đặc tính cơ của máy sản xuất và của động cơ điện (tr4)

§1.4. Các trạng thái làm việc của hệ thống TĐĐ TĐ. (tr8)

§1.5. Tính đổi các đại lượng cơ học. tr11)

§1.6. Phương trình động học của hệ thống TĐĐ TĐ. (tr14)

§1.7. Điều kiện ổn định của hệ thống TĐĐ TĐ. (tr15)

§1.8. Động học của hệ thống TĐĐ TĐ. (tr16)

Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện.

§2.1. Khái niệm chung (tr20)

§2.2. Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập. (tr21)

§2.3. Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp. (tr44)

§2.4. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ. (tr56)

§2.5. Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ. (tr86)

Chương 3: Điều chỉnh các thông số đầu ra của hệ TĐĐ TĐ

§3.1. Khái niện chung. (tr92)

§3.2. Các chỉ tiêu chất lượng. (tr95)

§3.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều. (tr99)

§3.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ. (tr104)

§3.5. Điều chỉnh tự động tốc độ bằng thông số đầu ra. (tr118)

Chương 4: Điều chỉnh tốc độ bằng các bộ biến đổi

§4.1. Hệ Bộ biến đổi - Động cơ một chiều. (tr128)

§4.2. Hệ Bộ biến đổi - Động cơ không đồng bộ. (tr138)

Chương 5: Quá trình quá độ trong truyền động điện

§5.1. Khái niệm chung. (tr148)

§5.2. Quá trình quá độ cơ học khi Unguồn = const

và Mdòng(ự) là tuyến tính. (tr150

§5.3. Quá trình quá độ cơ học khi Unguồn = const

và Mdòng(ự) là phi tuyến. (tr167)

§5.4. Quá trình quá độ cơ học khi Unguồn = var. (tr171

§5.5. Quá trình quá độ điện - cơ trong hệ thống TĐĐ. (tr176)

Chương 6: Chọn công suất động cơ.

§6.1. Khái niệm chung. (tr178)

§6.2. Các chỉ tiêu chất lượng chọn công suất động cơ. (tr181

§6.3. Chọn động cơ điện khi không điều chỉnh tốc độ. (tr184)

§6.4. Chọn động cơ điện khi có điều chỉnh tốc độ. (tr191

§6.5. Kiểm nghiệm công suất động cơ điện. (tr194)

Chương 7: Hệ thống điều khiển tự động TĐĐ.

§7.1. Các nguyên tắc điều khiển tự động. (tr202)

§7.2. Các mạch bảo vệ và tín hiệu hóa.

(tr218)

Tài liệu tham khảo

Mục lục

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Cơ sở Truyền động điện tự động, tập 1 & 2, Bùi Đình Tiếu

- Phạm Duy Nhi, NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp,

1982.

2. Cơ sở Truyền động điện tự động, M.G. TSILIKIN -

M.M.XOCOLOV - V.M.TEREKHOV - A.V.SINIANXKI, người

dịch Bùi Đình Tiếu - Lê Tòng - Nguyễn Bính, NXB Khoa học &

Kỹ thuật, 1977.

3. Truyền động điện, Bùi Quốc Khánh - Nguyễn Văn Liễn -

Nguyễn Thị Hiền, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 1998.

4. Điều chỉnh từ động truyền động điện, Bùi Quốc Khánh -

Phạm Quốc Hải - Nguyễn Văn Liễn - Dương Văn Nghi, NXB

Khoa học & Kỹ thuật, 1998.

5. Trang bị điện - điển tử máy gia công kim loại, Nguyễn

Mạnh Tiến - Vũ Quang Hồi, NXB Giáo dục, 1994.

6. Trang bị điện - điện tử máy công nghiệp dùng chung, Vũ

Quang Hồi - Nguyễn Văn Chất - Nguyễn Thị Liên Anh, NXB

Giáo dục, 1994.

7. Phân tích và tổng hợp hệ thống điều khiển tự động truyền

động điện, Trịnh Đình Đề, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 1993.

8. Điện tử công suất, Nguyễn Bính, NXB Khoa học & Kỹ

thuật, 1995.

9. Mạch số, Nguyễn Hữu Phương, NXB Thống kê, 2001.

10. Giáo trình Truyền động điện, PGS. TS. Bùi Đình Tiếu,

NXB Giáo dục, 2004.

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

ThS. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

ThS. khương công minh

bộ môn: tự động - đo lường - khoa điện

trường đại học bách khoa đà nẵng

giáo trình

TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

TỰ ĐỘNG

(Lưu hành nội bộ)

Đà nẵng 2005

ThS. Kh

−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh

−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

lời nói đầ

Để ph

ục v

ụ kịp th

ời cho việc h

ọc t

ập và gi

ảng d

ạy c

ủa sinh viên

và giáo viên khoa

Điện trường Đại h

ọc Bách khoa

Đà n

ẵng c

ũng nh

sinh viên các trung tâm, và làm tài liệu tham kh

ảo cho các kỹ s

điện

và các ngành có liên quan, chúng tôi

đã biên so

ạn giáo trình “truy

ền

động

điện t

ự động” (t

ập1, 2). Giáo trình g

ồm hai ph

ần:

ần 1 (Tập1): Trình bày nh

ững kiến th

ức c

ơ b

ản về: các đặc

tính c

ủa máy s

ản xu

ất, c

ủa động c

ơ; các phương pháp

điều chỉnh t

ốc

độ động c

ơ, các hệ “b

ộ biến đổi - động c

ơ”; quá trình quá độ trong hệ

ống truyền động

điện tự động; ch

ọn công su

ất động c

ơ...

ần 2 (Tập2): Trình bày hệ điều khiển t

ự động (

ĐKT

Đ) truyền

động

điện nh

ư: phân tích các nguyên t

ắc

điều khiển tự động; các ph

ần

tử

điều khiển và b

ảo vệ; t

ổng h

ợp hệ TĐĐ

Đ theo đại s

ố logic...

ội dung c

ủa giáo trình (Ph

ần 1) g

ồm 6 chương:

Chương 1: Khái niệm chung về hệ truyền động

điện t

ự động.

Chương 2: Đặc tính c

ơ c

ủa động c

điện.

Chương 3:

Điều chỉnh t

ốc độ động c

điện theo các thông s

ố.

Chương 4:

Điều chỉnh t

ốc độ hệ "B

ộ biến đổi - Động c

điện".

Chương 5: Quá trình quá độ trong hệ th

ống truyền động

điện.

Chương 6: Tính ch

ọn công su

ất động c

ơ.

ội dung c

ủa giáo trình (Ph

ần 2) g

ồm 5 chương:

Chương 1: Khái niệm chung về hệ th

ống

điều khiển t

ự động

truyền động

điện (HT

ĐKT

Đ TĐĐ).

Chương 2: Nh

ững nguyên t

ắc

điều khiển t

ự động.

Chương 3: Các m

ạch b

ảo vệ và tín hiệu hóa.

Chương 4: Ph

ần tử

điều khiển logic - s

ố.

Chương 5: T

ổng h

ợp hệ điều khiển logic.

Do h

ạn chế về thông tin c

ũng nh

ư kh

ả n

ăng nên n

ội dung giáo

trình ch

ắc ch

ắn còn nhiều v

ấn đề c

ần hoàn thiện.

ất mong các b

ạn đồng nghiệp và độc gi

ả

đóng góp ý kiến. Th

góp ý xin g

ửi về cho ThS. Khương Công Minh, Giáo viên khoa

điện,

Trường đại h

ọc Bách khoa, Đại h

ọc

Đà n

ẵng.

Tác gi

ả

Chương 1:

Khái ni

ệm chung v

ề h

ệ truy

ền động

điện t

ự động.

§ 1.1. M

ục

đích và yêu c

ầu:

+ N

ắm được c

ấu trúc chung c

ủa hệ th

ống truyền động

điện t

ự

động (HT-TĐĐ

Đ).

+ N

ắm được đặc tính c

ủa t

ừng lo

ại động c

ơ trong các hệ th

ống

truyền động

điện t

ự động c

ụ thể.

+ Phân tích được các phương pháp

điều chỉnh t

ốc độ động c

ơ và

ấn đề

điều chỉnh t

ốc độ trong các hệ “b

ộ biến đổi - động c

ơ ”.

+ Kh

ảo sát được quá trình quá độ c

ủa HT-TĐĐ

Đ v

ới các

thông s

ố c

ủa hệ ho

ặc c

ủa ph

ụ t

ải.

+ Tính ch

ọn các phương án truyền động và n

ắm được nguyên

tắc c

ơ b

ản để ch

ọn công su

ất động c

điện.

+ N

ắm được các nguyên t

ắc c

ơ b

ản

điều khiển t

ự động HTTĐĐ

Đ.

+ Phân tích và

đánh giá được các m

ạch

điều khiển tự động

điển

hình c

ủa các máy ho

ặc hệ th

ống

đã có s

ẵn.

+ N

ắm được nguyên t

ắc làm việc c

ủa ph

ần tử

điều khiển logic.

+ T

ổng h

ợp được m

ột s

ố m

ạch

điều khiển logic.

+ Thiết kế được các m

ạch

điều khiển t

ự động c

ủa các máy ho

ặc

hệ th

ống theo yêu c

ầu công nghệ.

Trang 1

ThS. Kh

−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh

−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

§ 1.2. C

ấu trúc và phân lo

ại hệ th

ống

truyền động

điện t

ự động (tđđ t

đ)

1.2.1. C

ấu trúc c

ủa hệ th

ống truyền động

điện t

ự động:

* Định nghĩa h

ệ th

ống truy

ền động

điện t

ự động:

+ Hệ truyền động

điện tự động (TĐĐ T

Đ) là m

ột t

ổ h

ợp các

thiết bị điện,

điện t

ử, v.v. ph

ục v

ụ cho cho việc biến đổi điện n

ăng

thành c

ơ n

ăng cung c

ấp cho các c

ơ c

ấu công tác trên các máy s

ản

ất, c

ũng nh

ư gia công truyền tín hiệu thông tin để

điều khiển quá

trình biến đổi n

ăng lượng

đó theo yêu c

ầu công nghệ.

* Cấu trúc chung:

Trang 2

ấu trúc c

ủa hệ TĐĐ T

Đ g

ồm 2 ph

ần chính:

- Ph

ần l

ực (m

ạch l

ực): từ lưới điện ho

ặc ngu

ồn

điện cung c

ấp

điện n

ăng đến b

ộ biến đổi (BB

Đ) và động c

điện (

ĐC) truyền động

cho ph

ụ t

ải (MSX). Các b

ộ biến đổi nh

ư: b

ộ biến đổi máy

điện (máy

phát

điện m

ột chiều, xoay chiều, máy

điện khuếch đại), b

ộ biến đổi

điện t

ừ (khuếch đại từ, cu

ộn kháng b

ảo hoà), b

ộ biến đổi điện t

ử, bán

ẫn (Chỉnh l

ưu tiristor, b

ộ

điều áp m

ột chiều, biến t

ần transistor,

tiristor). Động c

ơ có các lo

ại nh

ư: động c

ơ m

ột chiều, xoay chiều, các

ại động c

ơ đặc biệt.

- Ph

ần

điều khiển (m

ạch

điều khiển) g

ồm các c

ơ c

ấu

đo lường,

các b

ộ

điều chỉnh tham s

ố và công nghệ, các khí c

ụ, thiết bị điều

khiển

đóng c

ắt ph

ục v

ụ công nghệ và cho người v

ận hành. Đồng th

ời

ột s

ố hệ TĐĐ T

Đ khác có c

ả m

ạch ghép n

ối v

ới các thiết bị tự động

khác ho

ặc v

ới máy tính

điều khiển.

1.2.2. Phân lo

ại hệ th

ống truyền động

điện t

ự động:

- Truyền động

điện không

điều chỉnh: thường chỉ có động c

ối trực tiếp v

ới lưới điện, quay máy s

ản xu

ất v

ới m

ột t

ốc độ nh

ất

định.

- Truyền động có

điều chỉnh: tu

ỳ thu

ộc vào yêu c

ầu công nghệ

mà ta có hệ truyền động

điện

điều chỉnh t

ốc độ, hệ truyền động

điện

tự động

điều chỉnh mô men, l

ực kéo, và hệ truyền động

điện t

ự động

điều chỉnh vị trí. Trong hệ này có thể là hệ truyền động

điện t

ự động

nhiều động c

ơ.

- Theo c

ấu trúc và tín hiệu

điều khiển mà ta có hệ truyền động

điện t

ự động

điều khiển s

ố, hệ truyền động

điện tự động

điều khiển

tương t

ự, hệ truyền động

điện t

ự động

điều khiển theo chương trình ...

- Theo đặc

điểm truyền động ta có hệ truyền động

điện t

ự động

động c

điện m

ột chiều, động c

điện xoay chiều, động c

ơ bước, v.v.

- Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động không t

ự động và

hệ truyền động

điện tự động.

Hình 1-1: Mô t

ả c

ấu trúc chung c

ủa h

ệ TĐĐ TĐ

Đ: B

ộ bi

ến đổi;

ĐC: Động c

điện; MSX: Máy s

ản

ất; R và RT: B

ộ

điều chỉnh truy

ền động và công

ngh

ệ; K và KT: các B

ộ

đóng c

ắt ph

ục v

ụ truy

ền động

àô h

ệ GN M h hé

ối VH N

ời ậ

gn vh

đc msx

Lướ

ần

ệ

ần c

ThS. Kh

−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh

−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

- Ngoài ra, còn có hệ truyền động

điện không đảo chiều, có đảo

chiều, hệ truyền động đơn, truyền động nhiều động c

ơ, v.v.

Trang 3

§ 1.3. ĐặC TíNH C

Ơ C

ủA MáY S

ảN XU

ấT Và ĐộNG C

1.3.1. Đặc tính c

ơ c

ủa máy s

ản xu

ất:

+ Đặc tính c

ơ c

ủa máy s

ản xu

ất là quan hệ gi

ữa t

ốc độ quay và

mômen c

ản c

ủa máy s

ản xu

ất: Mc = f(

ω).

+ Đặc tính c

ơ c

ủa máy s

ản xu

ất r

ất đa d

ạng, tuy nhiên ph

ần l

ớn

chúng được biếu diễn dưới d

ạng biểu th

ức t

ổng quát:

Mc = Mco + (Mđm - Mco)

đm

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

ω (1-1)

Trong

đó:

Mc - mômen

ứng v

ới t

ốc độ

ω.

Mco - mômen

ứng v

ới t

ốc độ

ω = 0.

Mđm - mômen

ứng v

ới t

ốc độ định mức

ωđm

+ Ta có các trường h

ợp s

ố mũ q

ứng v

ới các t

ải:

Khi q = -1, mômen t

ỷ lệ nghịch v

ới t

ốc độ, tương

ứng các c

cấu máy tiện, doa, máy cu

ốn dây, cu

ốn gi

ấy, ... (đường

c hình 1-2).

Đặc

điểm c

ủa lo

ại máy này là t

ốc độ làm việc càng th

ấp thì

mômen c

ản (l

ực c

ản) càng l

ớn.

Khi q = 0, Mc = Mđm = const, tương

ứng các c

ơ c

ấu máy nâng

ạ, c

ầu trục, thang máy, b

ăng t

ải, c

ơ c

ấu

ăn dao máy c

ắt g

ọt, ...

(đường

d hình 1-2).

Khi q = 1, mômen t

ỷ lệ b

ậc nh

ất v

ới t

ốc độ, tương

ứng các c

cấu ma sát, máy bào, máy phát m

ột chiều t

ải thu

ần tr

ở, (đường

hình 1-2).

Khi q = 2, mômen t

ỷ lệ b

ậc hai v

ới t

ốc độ, tương

ứng các c

ơ c

ấu

máy b

ơm, qu

ạy gió, máy nén, (đường

f hình 1-2).

+ Trên hình 1-2a biểu diễn các đặc tính c

ơ c

ủa máy s

ản xu

ất:

Trang 4

+ Ngoài ra, m

ột s

ố máy s

ản xu

ất có đặc tính c

ơ khác, nh

ư:

- Mômen ph

ụ thu

ộc vào góc quay Mc = f(

ϕ) ho

ặc mômne ph

ụ

thu

ộc vào đường

đi Mc = f(s), các máy công tác có pittông, các máy

trục không có cáp cân b

ằng có đặc tính thu

ộc lo

ại này.

- Mômen ph

ụ thu

ộc vào s

ố vòng quay và đường

đi Mc = f(

ω,s)

ư các lo

ại xe

điện.

- Mômen ph

ụ thu

ộc vào th

ời gian Mc = f(t) nh

ư máy nghiền

đá,

nghiền qu

ặng.

Hình 1-2: a) Các d

ạng đặc tính c

ơ c

ủa các

máy s

ản xu

ất

c: q = -1;

d: q = 0;

q = 1;

f: q = 2.

b) D

ạng đặc tính c

ủa máy

M'c

Mc M'c

ωđm

Mđm M

)

ThS. Kh

−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh

−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Trên hình 1-2b biểu diễn đặc tính c

ơ c

ủa máy s

ản xu

ất có

mômen c

ản d

ạng thế n

ăng.

Trên hình 1-2c biểu diễn đặc tính c

ơ c

ủa máy s

ản xu

ất có

mômen c

ản d

ạng ph

ản kháng.

Trang 5

1.3.2. Đặc tính c

ơ c

ủa động c

điện:

+ Đặc tính c

ơ c

ủa động c

điện là quan hệ gi

ữa t

ốc độ quay và

mômen c

ủa động c

ơ: M = f(

ω).

+ Nhìn chung có 4 lo

ại đặc tính c

ơ c

ủa các lo

ại động c

ơ đặc

trưng nh

ư: động c

điện m

ột chiều kích t

ừ song song hay độc l

ập

(đường

c), và động c

điện m

ột chiều kích từ n

ối tiếp hay h

ỗn h

ợp

(đường

d), động c

điện xoay chiều không đồng b

ộ (đường

e), đồng

ộ (đường

f), hình 1-3.

* Thường người ta phân biệt hai lo

ại đặc tính c

ơ:

+ Đặc tính c

ơ t

ự nhiên: là đặc tính có được khi động c

ơ n

ối theo

sơ đồ bình thường, không s

ử dụng thêm các thiết bị ph

ụ tr

ợ khác và

các thông s

ố ngu

ồn c

ũng nh

ư c

ủa động c

ơ là định mức. Nh

ư v

ậy m

ỗi

động c

ơ chỉ có m

ột đặc tính c

ơ t

ự nhiên.

+ Đặc tính c

ơ nhân t

ạo hay đặc tính c

điều chỉnh: là đặc tính

cơ nh

ận được s

ự thay đổi m

ột trong các thông s

ố nào

đó c

ủa ngu

ồn,

của động c

ơ ho

ặc n

ối thêm thiết bị ph

ụ tr

ợ vào m

ạch, ho

ặc s

ử dụng

các s

ơ đồ đặc biệt. M

ỗi động c

ơ có thể có nhiều đặ tính c

ơ nhân t

ạo.

1.3.3. Độ c

ứng đặc tính c

ơ:

Đánh giá và so sánh các đặc tính c

ơ, người ta đưa ra khái

niệm “độ c

ứng đặc tính c

ơ ” và được định nghĩa:

Trang 6

β = ∂ω

∂

; nếu đặc tính c

ơ tuyến tính thì:

β =

∆

M ; (1-2a)

ặc theo hệ đơn vị tương đối: *

= ; (1-2b)

Trong

đó:

∆M và ∆ω là lượng sai phân c

ủa mômen và t

ốc độ

tương

ứng; M* = M/Mđm ;

ω* =

ω/ωđm ; ho

ặc

ω* =

ω/ωcb .

ặc tính theo đồ thị: β =

M ; (hình 1- 4) (1-3)

Trong

đó:

+ m

M là tỉ lệ xích

của trục mômen

+ m

ω là tỉ lệ xích

của trục t

ốc độ

γ là góc t

ạo thành

ữa tiếp tuyến v

ới

trục

ω t

ại điểm xét

của đặc tính c

ơ.

+ Động c

ơ không đồng b

ộ có độ c

ứng đặc tính c

ơ thay đổi giá

trị (

β > 0,

β < 0).

Hình 1-3: Các đặc tính c

ơ c

ủa b

ốn

ộ

ệ

Hình 1- 4: Cách tính

độ c

ứng

ặc tính c

ằng

ω)

ThS. Kh

−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh

−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

+ Động c

ơ đồng b

ộ có đặc tính c

ơ tuyệt đối c

ứng (

≈

∞).

+ Động c

ơ m

ột chiều kích t

ừ độc l

ập có độ c

ứng đặc tính c

cứng (

≥ 40).

+ Động c

ơ m

ột chiều kích t

ừ độc l

ập có độ c

ứng đặc tính c

mềm (

≤ 10).

Trang 7

§ 1.4. CáC TR

ạNG THáI LàM VIệC C

ủA Hệ TĐĐ

+ Trong hệ truyền động

điện tự động bao gi

ờ c

ũng có quá trình

biến đổi n

ăng lượng

điện n

ăng thành c

ơ n

ăng ho

ặc ngược l

ại. Chính

quá trình biến đổi này quyết định tr

ạng thái làm việc c

ủa hệ truyền

động

điện. Có thể l

ập B

ảng 1-1:

TT Biểu đồ công su

ất Pđiện Pcơ ∆P Tr

ạng thái

làm việc

1 0 = 0 = Pđiện

- Động c

không t

ải

2 0 0 = Pđ - Pc

- Động c

có t

ải

3 = 0 < 0 = ⏐Pcơ ⏐

Hãm

không t

ải

4 < 0 < 0 = ⏐Pc - Pđ⏐

Hãm

tái sinh

Hãm

5 0 < 0 = ⏐Pc +

Pđ⏐

ngược

6 = 0 < 0 = ⏐Pcơ ⏐

Hãm

động n

ăng

Trang 8

ở tr

ạng thái động c

ơ: Ta coi dòng công su

ất điện Pđiện có giá trị

dương nếu nh

ư nó có chiều truyền từ ngu

ồn đến động c

ơ và t

ừ động

cơ biến đổi công su

ất điện thành công su

ất c

ơ: Pcơ = M.

ω c

ấp cho máy

sản xu

ất và được tiêu th

ụ t

ại c

ơ c

ấu công tác c

ủa máy. Công su

ất c

này có giá trị dương nếu nh

ư mômen động c

ơ sinh ra cùng chiều v

ới

tốc độ quay.

ở tr

ạng thái máy phát: thì ngược l

ại, khi hệ truyền động làm

việc, trong m

ột điều kiện nào

đó c

ơ c

ấu công tác c

ủa máy s

ản xu

ất có

thể t

ạo ra c

ơ n

ăng do động n

ăng ho

ặc thế n

ăng tích l

ũy trong hệ đủ

lớn, c

ơ n

ăng

đó được truyền về trục động c

ơ, động c

ơ tiếp nh

ận n

ăng

lượng này và làm việc nh

ư m

ột máy phát

điện. Công su

ất điện có giá

trị âm nếu nó có chiều từ động c

ơ về ngu

ồn, công su

ất c

ơ có giá trị âm

khi nó truyền t

ừ máy s

ản xu

ất về động c

ơ và mômen động c

ơ sinh ra

ngược chiều v

ới t

ốc độ quay.

Mômen c

ủa máy s

ản xu

ất được g

ọi là mômen ph

ụ t

ải hay

mômen c

ản. Nó c

ũng được định nghĩa d

ấu âm và dương, ngược l

ại

ới d

ấu mômen c

ủa động c

ơ.

+ Phương trình cân b

ằng công su

ất c

ủa hệ TĐĐ T

Đ là:

Pđ = Pc +

∆P (1-4)

Trong

đó: Pđ là công su

ất điện; Pc là công su

ất c

ơ;

∆P là t

ổn

ất công su

ất.

- Tr

ạng thái động c

ơ g

ồm: chế độ có t

ải và chế độ không t

ải.

ạng thái động c

ơ phân b

ố

ở góc ph

ần t

ư I, III c

ủa m

ặt ph

ẳng

ω(M).

∆P

∆

∆P

ThS. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

- Trạng thái hãm có: Hãm không tải, Hãm tái sinh, Hãm ngược

và Hãm động năng. Trạng thái hãm ở góc II, IV của mặt phẳng ω(M).

- Hãm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành điện năng

trả về lưới.

- Hãm ngược: Pđiện > 0 , Pcơ < 0, điện năng và cơ năng chuyển

thành tổn thất ∆P.

Trang 9

- Hãm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành công

suất tổn thất ∆P.

* Các trạng thái làm việc trên mặt phẳng [M, ω]:

Trạng thái động cơ: tương ứng với các điểm nằm trong góc

phần tư thứ nhất và góc phần tư thứ ba của mặt phẳng [M, ω], hình 1 -

Trạng thái máy phát: tương ứng với các điểm nằm trong góc

phần tư thứ hai và góc phần tư thứ tư của mặt phẳng [M, ω], hình 1 -

5. ở trạng thái này, mômen động cơ chống lại chiều chuyển động, nên

động cơ có tác dụng như bộ hãm, và vì vậy trạng thái máy phát còn có

tên gọi là "trạng thái hãm".

Trang 10

§ 1.5. TíNH ĐổI CáC ĐạI LƯợNG CƠ HọC

1.5.1. Mômen và lực quy đổi:

+ Quan niệm về sự tính đổi như việc dời điểm đặt từ trục này về

trục khác của mômen hay lực có xét đến tổn thất ma sát ở trong bộ

truyền lực. Thường quy đổi mômen cản Mc, (hay lực cản Fc) của bộ

phận làm việc về trục động cơ.

+ Điều kiện quy đổi: đảm bảo cân bằng công suất trong phần

cơ của hệ TĐĐTĐ:

- Khi năng lượng truyền từ động cơ đến máy sản xuất:

Ptr = Pc + ∆P (1-5)

Trong đó: Ptr là công suất trên trục động cơ, Ptr = Mcqđ.ω,

(Mcqđ và ω - mômen cản tĩnh quy đổi và tốc độ góc trên trục

động cơ).

Pc là công suất của máy sản xuất, Pc = Mlv.ωlv ,

(Mlv và ωlv - mômen cản và tốc độ góc trên trục làm việc).

∆P là tổn thất trong các khâu cơ khí.

* Nếu tính theo hiệu suất hộp tốc độ đối với chuyển động quay:

Trạng thái

máy phát

Trạng thái

động cơ

ω M

Trạng thái

máy phát

ω II IV M

Trạng thái

động cơ

ω M

M(ω)

Mc(ω)

M(ω)

III

ThS. Kh

−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh

−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

M . P

M . P cqd

lv lv

tr (1-6)

Rút ra: Mcqđ

M .

lv lv

= ; (1-7)

Trong

đó:

ηi - hiệu su

ất c

ủa h

ộp t

ốc độ.

i =

ωlv

- g

ọi là t

ỷ s

ố truyền c

ủa h

ộp t

ốc độ.

Trang 11

Nếu chuy

ển động tịnh ti

ến thì l

ực quy đổi:

= .

M lv cqâ (1-8)

Trong

đó:

η =

ηi.ηt - hiệu su

ất b

ộ truyền l

ực.

ηt - hiệu su

ất c

ủa tang tr

ống.

ρ =

ω/vlv - g

ọi là t

ỷ s

ố quy đổi.

- Khi n

ăng lượng truyền t

ừ máy s

ản xu

ất đến động c

ơ:

Ptr = Pc -

∆P (t

ự ch

ứng minh).

1.5.2. Quy đổi mômen quán tính và kh

ối lượng quán tính:

Điều kiện quy đổi:

ảo toàn động n

ăng tích luỹ trong h

ệ

ống:

W =

∑

Wi (1-9)

Chuyển động quay: W = J.

2 ω (1-10)

Chuyển động tịnh tiến: W = m.

v2 (1-11)

Nếu s

ử dụng s

ơ đồ tính toán ph

ần c

ơ d

ạng đơn kh

ối, và áp dụng

các

điều kiện trên ta có:

∑

∑ ⋅ ω

+ ⋅ ω

= ⋅ ω

⋅ q

qâ

J (1-12)

⇒

∑

+ q

1 2

j n

1 2

qâ Â

J j J (1-13)

Trang 12

Trong

đó: Jqđ - mômen quán tính quy đổi về trục động c

ơ.

Đ - t

ốc độ góc trên trục động c

ơ.

Đ - mômen quán tính c

ủa động c

ơ.

Ji - mômen quán tính c

ủa bánh r

ăng th

ứ i.

mj - kh

ối lượng quán tính c

ủa t

ải tr

ọng th

ứ j.

ii =

ω/ωi - tỉ s

ố truyền t

ốc độ t

ừ trục th

ứ i.

ρ =

ω/vj - tỉ s

ố quy đổi v

ận t

ốc c

ủa t

ải tr

ọng.

* Ví dụ: S

ơ đồ truyền động c

ủa c

ơ c

ấu nâng, h

ạ :

Jđ , Mđ ,

ωđ i,

ηi

ωt , Jt , Mt ,

ηt

ThS. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Ta có: 2

qâ Â

J J J

= + ∑ + + (1-14)

Trong đó: it =

ωt

- tỉ số truyền tốc độ từ trục tang trống.

Trang 13

§ 1.6. PHƯƠNG TRìNH ĐộNG HọC CủA Hệ TĐĐ TĐ

+ Là quan hệ giữa các đại lượng (ω, n, L, M, ...) với thời gian:

Dạng tổng quát: dt d(J ) Mni 1 i ω ∑ = = r r (1-15)

+ Nếu coi mômen do động cơ sinh ra và mômen cản ngược

chiều nhau, và J = const, thì ta có phương trình dưới dạng số học:

d M Mc J ω − = (1-16)

Theo hệ đơn vị SI: M(N.m); J(kg.m2); ω(Rad/s); t(s).

Theo hệ kỹ thuật: M(KG.m); GD(KG.m2); n(vg/ph); t(s):

375

GD M M 2

− = ⋅ (1-17)

Theo hệ hỗn hợp: M(N.m); J(kg.m2); n(vg/ph); t(s):

9,55

J M Mc − = ⋅ (1-18)

Mômen động: Mđg = dt d M M J c ω − = (1-19)

Từ phương trình (1-19) ta thấy rằng:

- Khi Mđg > 0 hay M > Mc , thì 0 dt d > ω → hệ tăng tốc.

- Khi Mđg < 0 hay M < Mc , thì 0 dt d < ω → hệ giảm tốc.

- Khi Mđg = 0 hay M = Mc , thì dω/dt = 0 → hệ làm việc xác

lập, hay hệ làm việc ổn định: ω = const.

Trang 14

* Nếu chọn và lấy chiều của tốc độ ω làm chuẩn thì: M(+) khi

M↑↑ω và M(-) khi M↑↓ω. Còn Mc(+) khi Mc↑↓ω; Mc(-) khi Mc↓↓ω.

§ 1.7. ĐIềU KIệN ổN ĐịNH TĩNH CủA Hệ TĐĐ TĐ

Như ở trên đã nêu, khi M = Mc thì hệ TĐĐTĐ làm việc xác lập.

Điểm làm việc xác lập là giao điểm của đặc tính cơ của động cơ điện

ω(M) với đặc tính cơ của máy sản suất ω(Mc). Tuy nhiên không phải

bất kỳ giao điểm nào của hai đặc tính cơ trên cũng là điểm làm việc

xác lập ổn định mà phải có điều kiện ổn định, người ta gọi là ổn định

tĩnh hay sự làm việc phù hợp giữa động cơ với tải.

Để xác định điểm làm việc, dựa vào phương trình động học:

( ) M M dtd J x x c x ⎥⋅ ω− ω ⎦⎤ ⎢⎣⎡ ⎟⎠⎞ ⎜⎝⎛ ∂ω∂ ⎟ − ⎠⎞ ⎜⎝⎛ ∂ω∂ = (1-20)

Người ta xác định được điều kiện xác lập ổn định là:

ThS. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

0 M M

⎟ < ⎠⎞ ⎜⎝⎛ ∂ω∂ ⎟ − ⎠⎞ ⎜⎝⎛ ∂ω∂ (1-21)

Hay: β - βc < 0 (1-22)

* Ví dụ: Xét hai điểm giao nhau của các đặc tính cơ:

Trang 15

Tại các điểm khảo sát thì ta thấy ba điểm A, B, C là các điểm

làm việc xác lập ổn định. Điểm D là điểm làm việc không ổn định.

Trường hợp: A: β < βc vì β < 0 và βc = 0 → xác lập ổn định.

B: β > βc vì β > 0 và βc1 = 0 → không ổn định.

§ 1.8. ĐộNG HọC CủA Hệ TĐĐ TĐ

Trong hệ TĐĐ TĐ có cả các thiết bị điện + cơ, trong đó các bộ

phận cơ có nhiệm vụ chuyển cơ năng từ động cơ đến bộ phận làm

việc của máy sản xuất và tại đó cơ năng được biến thành công hửu

ích.

Động cơ điện có cả phần điện (stato) và phần cơ (roto và trục).

Phần cơ phụ thuộc vào kết cấu, vật liệu và loại máy, chúng rất

đa dạng và phức tạp, bởi vậy phải đưa về dạng điển hình đặc trưng

cho các loại, phần cơ có dạng tổng quát đặc trưng đó gọi là mẫu cơ

học của truyền động điện.

Mẫu cơ học (đơn khối) là một vật thể rắn quay xung quanh một

trục với tốc độ động cơ, nó có mômen quán tính J, chịu tác động của

mômen động cơ (M) và mômen cản (Mc), hình 9.

Trang 16

Tính đàn hồi lớn cũng có thể xuất hiện ở những hệ thống có mạch

động học dài mặc dù trong đó không chứa một phần tử đàn hồi nào.

Sự biến dạng trên từng phần tử tuy nhỏ nhưng vì số phần tử rất lớn

nên đối với toàn máy nó trở nên đáng kể.

Trong những trường hợp trên phần cơ khí của hệ không thể thay

thế tương đương bằng mẫu cơ học đơn khối mà phải thay thế bằng

mẫu cơ học đa khối, hình 9b.

BĐ ĐC

TL MSX

Phần điện ĐK

Phần cơ

Hình 1- 7: Xét điểm làm việc ổn định

ω(M)

ω(MC)

βc

MĐ ϕ1 ϕ2

Mđh

J1 J2

Động

cơ

Khâu

đàn

hồi Máy sản a) xuất

Khâu

đàn

hồi

Fđh Fđh

M Jđ

MC JC

ω M

Hình 1- 9: Mẫu cơ học

Thư viện tri thức trực tuyến

Giáo trình truyền động điện tự động

Nội dung xem thử

Mô tả chi tiết

Tài liệu tương tự (6)

Giáo trình truyền động điện

Giáo trình truyền dữ liệu

Giáo trình Truyền động điện tàu thuỷ

Giáo trình truyền giống nhân tạo vật nuôi

Giáo trình Truyền số liệu

Giáo trình Truyền dữ liệu